箱梁顶进力分析计算及工程实测研究

基于传统的手掘式顶管基础托换技术箱梁顶进力计算公式,结合现场实测成果,在分析箱梁顶进力影响因素和受力特点的基础上,推导了手掘式顶管基础托换过程中箱梁顶进力的实用计算公式。通过与实测数据对比,确定了本文所推导公式中的基本参数,并验证了公式的有效性。     

长距离大断面矩形顶管顶进力计算及监测数据分析

现今国内对长距离大断面矩形顶管的研究相对较少,本文依托于云南某地下矩形顶管工程,探讨其顶进力计算,并与实测结果进行对比。结果表明,对于长距离大断面矩形顶管,顶管与土体之间的摩阻力计算可按照法向应力与摩擦系数进行计算;当顶进距离较小时,实测顶进力基本保持不变,且大于理论顶进力;当顶进距离较大时,实测顶进力随着顶进距离的增大而增加。     

大断面钢结构顶管纵向力时变规律研究

顶管隧道断面上纵向力的大小,一方面影响结构稳定和施工安全,另一方面影响环缝止水垫的防水性能和环缝刚度。通过计算求解顶管隧道纵向力与摩阻力、掌子面压力以及止退反力之间的数学方程,建立了隧道断面纵向力随顶进里程的变化关系,并将理论解与现场试验实测结果进行了对比,二者具有良好的匹配性。分析结果表明：(1)管节断面纵向力随顶进里程的变化规律为一条逐渐收敛的波动曲线,并在隧道贯通后迅速降低。理论值与实测值具有良好的匹配性;(2)止退时及隧道贯通后断面纵向应力较小,不利于环缝防水,且隧道纵向刚度较小,易产生不均匀沉降;(3)止退装置弹性系数、顶进里程、隧道尺寸及隧道埋深是顶管断面纵向应力的重要影响因素,且均呈现不同程度的正相关关系。     

拱北隧道大直径曲线管幕顶管顶力研究

 以我国在建港珠澳大桥拱北隧道管幕工程为例,研究长距离大直径曲线管幕的施工顶力。总结曲线顶管顶力的主要组成及影响因素;比较和分析中国和日本顶管规范的预测顶力和现场实测顶力的差异;推荐总顶力中迎面阻力的计算公式以及管壁单位摩阻力和摩擦因数的取值;基于力学平衡,推导分节曲线顶管顶力的计算公式。研究表明：泥浆润滑后钢管的管壁单位摩阻力和摩擦因数远小于以往研究中提供的混凝土管的管壁单位摩阻力和摩擦因数;推导的分节曲线顶管顶力公式的计算顶力和实测顶力吻合良好。研究结果可为类似的管幕工程以及供水、污水、供电、通信等管道的顶管设计和施工提供有益参考。     

顶管顶进力计算方法综述与探究

顶进力是顶管工程设计和施工中的重要参数。在工程设计阶段如何准确计算顶进力对工程项目的成败至关重要。影响顶进力的因素分为工程地质因素和施工因素,影响机理和程度均不一致。在顶管技术长期的发展过程中,国内外学者开展了大量的顶进力计算方法的研究,提出了很多计算模型和计算公式,选取的影响因素和参数各不相同,计算结果的差异性也很大。近年来曲线顶管工程应用越来越多,对其顶进力的计算也开始引起关注,计算公式多样而复杂。针对上述问题,本文对国内外顶进力的计算方法进行了系统的分析研究,指出了不同计算方法的适用条件和存在的局限性。     

矩形顶管顶力预估公式适应性分析研究

针对国内相关规范中不同矩形顶管顶力预估公式存在的差异,结合某地铁车站出入口矩形顶管施工实测数据,对相关理论公式进行对比,分析各公式的适用性并提出建议。     

超深长距离顶管对接施工关键技术研究与应用

武汉市大东湖核心区污水传输系统工程是目前国内一次顶进最长、埋深最深的小直径曲线岩石顶管项目。为解决该项目支隧顶管工程在超深及复合地层条件下，长距离曲线顶管无法继续顶进的问题，拟采用反顶对接施工技术。结合项目实际情况，对反顶对接方案进行了比选，从反顶工作井设计、顶力估算、顶进及纠偏、顶管机反拉、顶管施工测量等方面对顶管对接关键技术进行了分析。实际应用效果表明，顶管反顶对接施工顺利，较好地解决了工程难题。     

基于主动式纠偏的曲线顶管施工力学特性研究

曲线顶管施工技术在市政管线工程中得到越来越广泛的应用。在分析曲线顶管施工机理的基础上,提出并对比分析了3种管节纠偏方案,进而结合主动式纠偏方案的施工特点,对三维曲线顶管施工过程中管土间挤压作用力进行计算分析,并推导了管节顶进摩阻力计算公式,其后对管线平面夹角、管线半径及管径大小3个摩阻力影响因素进行单因素分析。考虑管外注浆对管土接触状态的影响,进而引入土压力作用系数对顶进摩阻力计算公式进行修正,并通过对比分析顶进摩阻力的现场实测值、规范建议值及公式计算值,给出了土压力作用系数的建议取值范围。研究表明:主动式纠偏方案在管节姿态调整、施工扰动控制及管身衬砌受力等方面优于其他两种纠偏方案;顶管施工过程中管土间的挤压作用力呈三维复杂状态,不能进行简单的叠加;管线平面夹角对管节转动摩阻力有显著影响,管线半径对侧向顶推摩阻力和管节转动摩阻力均有一定的影响,而管径大小则主要影响地层土压力摩阻力的数值;管土接触状态是真实存在的,其土压力作用系数的取值范围大致在0.2~0.6之间。     

复杂工况条件下微顶管施工的顶力计算与分析

为了分析软土地层复杂工况条件下微顶管施工的工艺参数,文中以福建省厦门市灌口后溪片区排水管网改造工程为例,基于现有的顶管施工技术规程对微顶管顶进施工的总顶力进行理论计算,对微顶管施工影响范围内地表的竖向变形进行监测,将其与理论参数关联、对比分析。结果表明,周围环境土体主要受到管道顶进顶力大小与不同管径管道覆土厚度的共同作用而发生变形,施工前应根据不同管道的覆土厚度分别计算顶力及顶进速度,合理选择施工机械,控制顶力与顶进速度,最大限度优化施工效率。     

大口径长距离玻璃钢顶管的设计与应用

针对直径为2 800 mm、单坑顶进长度为315 m的大口径长距离玻璃钢顶管工程,介绍了顶管施工所需顶力和管材极限顶力的计算方法,给出了不同规范关于顶力安全系数取值,并结合实际施工情况,对施工所需顶力的计算提出了建议。分析了大口径、长距离玻璃钢顶管的结构及工艺设计中的关键性问题,对模具锥度、中继间等具体问题进行了说明。该工程实践结果对玻璃钢顶管的设计具有较强的指导意义,有助于玻璃钢顶管的进一步推广和应用。     

矩形顶管考虑泥浆触变特性的顶推力计算

矩形顶管施工顶推力的计算是施工中非常重要的环节,主顶油缸在设计顶力时需要依据公式计算结果进行配置,因此,公式计算结果的准确性往往关系到施工的财力物力成本。顶推力主要由顶管掌子面的迎面阻力和管壁周围的摩阻力两部分组成,迎面阻力可以被认为是一个定值,因此顶推力公式计算的关键是管周摩阻力的推导。考虑管土之间的泥浆触变特性,通过黏性流体力学的N-S方程结合微元分析法计算矩形顶管管壁周围的摩阻力,并以此推导出顶推力计算公式。通过工程验证,推导的公式结果误差为21%,与现有矩形顶管顶力计算公式对比,更接近实际测量值,验证了本文公式在矩形顶管顶推力计算方面的准确性。     

顶管顶力计算公式的适用范围探讨

在顶管施工设计中,顶管顶力的准确计算十分重要,相关计算公式很多,而且计算结果相差很大。基于上述问题,对各计算公式进行了对比和归类,选取工程实例对公式进行了数值分析,提出了各公式的适用范围和计算中应注意的问题,得出了未考虑土拱效应的公式计算结果大于考虑土拱效应的计算结果,以及现规范中顶管顶力计算公式的计算结果过于保守的结论。     

考虑泥浆触变性和管土接触特性的顶管摩阻力公式

顶进力是顶管工程设计和施工的重要参数,而顶管侧摩阻力对顶进力起控制作用,其大小主要受管土接触和管浆接触特性影响。为了更加准确地计算顶管摩阻力,假设隧洞孔壁在泥浆压力作用下保持稳定,管道周围同时存在管土接触和管浆接触,采用协调表面Persson接触模型分析管土接触特性,得出考虑接触压力分布影响的管土摩阻力;然后利用半无限弹性体中柱形圆孔扩张理论分析注浆压力对泥浆套厚度的影响,并结合泥浆触变性和流体力学平行平板模型计算管浆摩阻力。在此基础上考虑管道与隧洞的相对位置,同时将管道顶进时的滑动摩擦阻力作为下限值,顶管重启动时的静摩擦阻力作为上限值,总结出直线和曲线顶管摩阻力公式。通过与工程实例数据对比,结果表明该计算公式下限值与实测值最接近,证明其适用性。     

顶管新概念

本文在已有的技术基础上,提出了顶管新概念:(1)顶进管道是浮在泥浆中向前移动的;(2)管壁摩阻力是可以逆转的,管道弯曲阻力是不可逆转的;(3)管道弯曲是管壁阻力增加的主要原因,科学纠偏是减少管道弯曲的有效措施。     

矩形顶管施工引起土体分层变形计算方法研究

随着矩形顶管在大城市地下通道建设中的广泛应用,建立矩形顶管施工引起周围地层变形的计算预测模型已成为当前顶管施工必须加以重视的问题。矩形顶管施工引起周围土体变形的主导因素为摩擦力、开挖面附加应力、土体损失,理论分析必须考虑这几个主导因素。针对以上主导因素,提出考虑三者共同作用下的矩形顶管施工地层位移计算方法。用Mindlin位移解对应力作用面积分析顶进过程中开挖面附加应力及摩擦力引起的地层变形;以随机介质理论分析建筑缝隙引起的土体损失产生的地层变形。考虑到各影响因素的相对独立性,将各因素引起的地层变形叠加,从而得到主导因素影响下的地层变形预测模型。通过理论计算,开挖面附加应力、摩擦力主导隆起区地层变形,土体损失主导沉降区地层变形,地层埋深越大此现象越明显。将理论计算值与实测结果对比,两者在变化趋势及变化量上趋于吻合,因此,所提公式可作为类似工程工前地层变形预测计算公式。     

考虑轴线偏差的钢顶管允许顶力计算方法

钢顶管轴向稳定性直接影响到允许顶力大小。若顶力控制不当,顶管可能发生轴向失稳破坏。顶进过程中的轴线偏差会降低轴向稳定性。为解决存在轴线偏差的钢顶管允许顶力计算问题,考虑管周土体的约束、管土摩阻力的共同作用,将钢顶管顶进过程中的轴线偏差作为初弯曲,建立并求解能量方程,获得了临界顶力荷载的解析解。结合实际工程,提出了根据容许轴线偏差量与管长共同确定初弯曲的方法,计算了不同初弯曲条件下的稳定系数与允许顶力。稳定系数与轴线偏差呈二次曲线关系,轴线偏差越大,顶管轴向稳定性越低,允许顶力越小。钢顶管施工过程中,应根据轴线偏差造成的不同初弯曲计算稳定系数与允许顶力,以控制顶管顶力,避免发生轴向屈曲。     

15m级三车道矩形顶管在下穿城市主干道工程中的应用

随着矩形顶管在市政交通领域的应用,10m级两车道矩形顶管技术越发成熟,亟需15m级三车道矩形顶管技术的研究与应用推广.本文对嘉兴市快速环线15m级三车道矩形顶管下穿南湖大道工程的设计、施工和监测进行介绍,工程采用一台14.8m×9.4m类矩形盾构机进行南北双线分离式顶进实施,机头采用前6后8多刀盘组合形式,通过设置凹凸...     

顶管管路整体变形模式的原型试验研究

受曲率半径、地层条件等影响,顶管顶进时管道受力变形并不均匀,现有成果主要针对单节管道及接头的力学特性,对顶进过程中管路整体的力学行为研究尚显不足。采用两节1∶1比例的钢筋混凝土管进行原型试验,试验选取直线及曲线顶进两种典型工况,逐级加载到最大顶力后再逐级卸载,监测加卸载过程中两节顶管内外壁的应变值及管道接头间距。试验结果表明直线顶进时,管道轴向应变呈左右对称分布,相比曲线顶进时应变集中的趋势有所缓和。两种工况下管间接头处的钢套筒都起到了分担轴力的作用。传力衬垫受力变形特性影响顶力沿管路的传递,并最终影响管路整体的变形模式。     

泥浆减阻技术在粉土地层长距离曲线顶管中的应用

上海世博北京西路～华夏西路电力电缆隧道三标工程采用Ф3500F型钢筋混凝土管和大刀盘泥水平衡顶管掘进机施工。该工程分为6个区间顶程,全部是大直径长距离曲线顶管,其中11～10区间顶管穿越的地层主要为夹砂粉土层。该区间顶管实施过程中,施工技术人员对顶管触变泥浆材料、配方、搅拌方法、注浆工艺等,尤其是对触变泥浆在粉土地层中的抗渗透性能和稳定性进行了深入的研究。通过研究结果在施工中的运用,成功地将混凝土管道外壁与粉砂土之间的单位面积侧向摩阻力控制在1kPa以内,保证了顶管顺利贯通的同时,该研究与应用成果还为今后类似顶管工程的设计和施工提供了参考。